ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИНХРОННОГО ТЕРМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ КАТАЛИТИЧЕСКОГО ПИРОЛИЗА БИОМАССЫ
Аннотация
С помощью синхронного термического анализа, совмещенного с масс-спектральным анализом газообразных продуктов, исследован процесс пиролиза биомассы с использованием железооксидного катализатора и без него при скорости нагрева 10 град/мин. Разработана методика испытания катализаторов. Использование универсального метода изучения химических процессов, протекающих в различных газовых средах, обеспечивает воспроизводимость и проверяемость результатов испытаний. Практическое применение нашли оксиды железа, такие как магнетит Fe3O4. По методу Эльмора путем химического соосаждения из смешанного раствора солей двух- и трехвалентного железа получены наночастицы оксида железа, а также катализатора магнетит/углерод. Использование катализатора повышает степень и скорость окисления биомассы, оказывает существенное влияние на состав образующихся продуктов. Установлено, что при повышении температуры наблюдается окисление углерода до монооксида углерода и восстановление магнетита до металлического железа. Анализ продуктов пиролиза по массовым числам свидетельствует об увеличении доли легких углеводородов (C1–C4), кислородсодержащих соединений и снижении длинноцепочечных алканов и кислородсодержащих ароматических соединений. По характеристическим массам и фрагментам ионизации классифицируются индивидуальные соединения. Например, метан СН4: m/z 15 (СН3+); 14 (СН2+); этилен С2Н4: m/z 27 (С2Н3+); 26 (С2Н2+). Исследование состава газообразных продуктов, массы твердого остатка и тепловых эффектов каталитического процесса является основой для расчета материальных и тепловых балансов основных стадий пиролиза биомассы. Приведен пример обработки данных с использованием формульной и стехиометрической матрицы. На основе стехиометрической матрицы сформирована система независимых реакций. Формулируется функция материального баланса по времени и температуре. На основе данных дифференциальной сканирующей калориметрии и материальных расчетов представлен алгоритм определения равновесного состава продуктов.
Для цитирования:
Яшкова Д.Н., Смирнов Н.Н., Кунин А.В. Использование синхронного термического анализа для исследования каталитического пиролиза биомассы. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 10. С. 117-123. DOI: 10.6060/ivkkt.20256810.7251.
Литература
Mukhina T.N., Barabanov N.L., Babash S.E. Pyrolysis of hydrocarbon raw materials. M.: Chemistry. 1987. 240 p. (in Russian).
Sakhibgareev S.R., Zadkine M.A., Badikova A.D., Gumerova E.F. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2022. T. 65. N 9. P. 64-73 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20226509.6535.
Kunin A.V., Ilyin A.A., Morozov L.N., Smirnov N.N. Nikiforova T.E., Prozorov D.A., Rumyantsev R.N., Afineevsky A.V., Borisova O.A., Grishin I.S., Veres K.A., Kournikova A.A., Gabrin V.A., Gordina N.E. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 7. P. 132-150 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236607. 6849j.
Dorfman Ya.G. Magnetic properties and structure of matter. M.: Gos. izd. tekhn.-teor. lit. 1955. 376 p. (in Rus-sian).
Bondarenko L.S., Magomedov I.S., Terekhova V.A., Dzhardimalieva G.I., Uchanov P.V., Milanovsky E.Yu., Vasilyeva G.K., Kydralieva K.A. // Russ. J. Appl. Chem. 2020. V. 93. N 8. P. 1160-1169. DOI: 10.1857/S0044461820080125.
Alekseeva O.V., Smirnova D.N., Noskov A.V., Kuz-netsov O.Yu., Kirilenko M.A., Agafonov A.V. // Russ. J. Inorg. Chem. 2023. V. 68. N 8. P. 1–9. DOI: 10.31857/S0044457X23 600299.
Smirnova D.N., Grishin I.S., Smirnov N.N. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 2. P. 59-66 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20246702.6903.
Alekseeva O.V., Shipko M.N., Smirnova D.N., Noskov A.V., Agafonov A.V., Stepovich M.A. // J. Surf. Invest.: X-Ray, Synchrotron Neutron Tech. 2022. N 3. P. 1–8. DOI: 10.31857/S1028096022030025.
Li X., Xu J., Jiang G., Xu X. // Chemosphere. 2011. V. 85. N 7. P. 1204–1209. DOI: 10.016/j.hemosphere. 011.9.05.
Li X., Xu J., Jiang G., Tang J., Xu X. // Colloid Inter-face Sci. 2012. № 369. P. 460–469. DOI: 10.016/j.cis. 011.1.49.
Bratkov I.V., Ivanov A.D., Kolchin A.D., Savitsky I.A., Smirnov N.N. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2023. V. 66. N 4. P. 68-74 (in Russian). DOI: 10.6060/ivkkt.20236604.6795.
Bratkov I.V., Ivanov A.D., Kolchin A.D., Savitsky I.A. // ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2024. V. 67. N 3. P. 127-134 (in Rus-sian). DOI: 10.6060/ivkkt.20246703.7041.
Yashkova D.N., Grishin I.S., Smirnov N.N. // Ot khimii k tekhnologii shag za shagom. 2024. N 3. P. 54-60. DOI: 10.52957/2782-1900-2024-5-3-54-60.
Kalantry R.R., Jafari A.J., Esrafii A., Kakavandi B., Gholizadeh A., Azari A. // Desalin Water Treat. 2016. V. 57. N 14. P. 6411–6422. DOI: 10.1080/19443994.2015.1011705.
Olontsev V.F. // Khim. Prom. 2000. N 8. P. 7-14. DOI: 10.1108/rr.2000.14.7.14.337.
Kienle H., Bader E. Activated carbons and their industri-al application. L.: Khimiya. 1984. 216 p. (in Russian).
Elmore W.C. // Phys. Rev. 1938. V. 54. P. 309–310. DOI: 10.1103/physrev.54.309.
Kuznetsov Yu.S., Mikhailov G.G. Kachurina O.I. // Vestn. YuUrGU. Ser. ‘Metallurgiya’. 2017. V. 17. N 4. P. 5–21. DOI: 10.14529/met170401.
Smirnov P.G. // Aerospace Engineering and Technology. 2023. V. 1. N 1. P. 160–172.
Ranzi E., Debiagi P., Frassoldati A. // ACS Sustainable Chem. Eng. 2017. V. 5. P. 2882−2896. DOI: 10.1021/ acssuschemeng.6b03098.
